书城科普读物新课程百科知识-揭开大气面纱
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第1章 “气象”“天气”和“气候”的区别

城市天气预报常用的天气符号

每天,我们都可能看见“气象”“天气”“气候”这3个词。有时打开收音机、电视或是翻开报纸,就会听到或看到天气预报的消息;当你想到某地出差,也会向别人打听一下那里的气候、天气怎么样?然而,“气象”“天气”和“气候”的确切含义是什么,它们有什么区别?可能有些人会将其混为一谈,认为反正都是天气呗!其实三者的含义有着较大的区别,相互间又有密切的联系。

用通俗的话来解释“气象”,它是指发生在天空中的风、云、雨、雪、霜、露、虹、晕、闪电、打雷等一切大气的物理现象;“天气”,是指影响人类活动瞬间气象特点的综合状况。例如,我们可以说:“今天天气很好,风和日丽,晴空万里;昨天天气很差,风雨交加”等,而不能把这种天气说成是气象;“气候”,是指整个地球或其中某一个地区一年或一段时期的气象状况的多年特点。例如,昆明四季如春;长江流域的大部分地区,春、秋温和,盛夏炎热,冬季寒冷,我们就称这里是“四季分明的温带气候”。

大气——地球的外衣

宇航员乘坐宇宙飞船或航天飞机俯瞰地球时,地球被一层淡蓝色的外衣包裹着,科学家把这层外衣叫地球大气(也称为大气圈)。地球大气是地球上一切生命赖以生存和进化的基础环境条件,也是人类和地球生物的“保护伞”。大气是由多种气体混合而成的,其中氮气最多,约占78%,其次是氧气约占21%,其余为氩、二氧化碳、臭氧、水汽等微量气体。大气中还悬浮着水滴、冰晶、尘埃等液体、固体微粒。从地面到大气上界,可分为对流层、平流层、中层、热层、外逸层。大气的密度随着高度的升高而减小,大约30%的大气质量集中在3000米以下的大气层里;5500米高度是个中线,以上和以下的大气质量是相等的。大约90%的大气质量集中在16.5千米以下的低层大气里,32千米以上的大气质量还不到整个大气质量的1%。与人类活动息息相关的天气现象和天气系统主要发生在对流层中,对流层的厚度在中纬度地区为10千米左右。

大气可分为哪几层

科学家通过不断地探索和追求,对大气层的认识越来越清晰了,他们发现,在不同的高度上,大气的情况是在变化的,于是就人为地把大气分成5个不同的层次,以便于更好地研究大气。

对流层是大气层的最底层。这一个层次从地面向上,直到10千米左右的范围,在这个范围内,大气的温度随着高度的增加而不断下降。在11千米附近,温度下降到-55℃。对流层,大气活动激烈异常,有时上升,有时下降,甚至还会翻滚。正是由于这些不断变化着的大气运动,形成了多种多样复杂的天气变化,风、云、雨、雪、雾、露、雷、雹也多发生在这个层次里,所以也有人称这层为气象层。这层的顶叫对流层顶。

平流层是从对流层顶向上到55千米附近。在这个范围里,温度不再像对流层里那样不断变化了,它开始几乎不发生变化,然后随高度增加又增加,到平流层顶温度可达-3℃~17℃。这里空气成分几乎不变,水气与尘埃几乎不存在,所以这里经常是晴空万里,能见度高。平流层中臭氧比较集中,在25千米高处臭氧最多,形成了所谓臭氧层,臭氧能强烈地吸收紫外线,它对地球上的生物非常重要。

中间层是从平流层顶向上,也就是从55千米~80千米这个范围被命名为中层大气,简称中层。在这里,温度随高度而下降,大约在80千米左右达到最低点,约为-90℃。

热层是从中层大气向上,也就是从80千米~500千米左右的范围,这里温度随高度极速上升,可达到1000℃~2000℃,所以称为热层。在这里空气高度稀薄,而且多处在高度电离状态。

逃逸层是大气层的顶,这一层顶也就是地球大气层的顶。在这里地球的引力较小,再加上空气又很稀薄,气体分子相互碰撞的机会很小,因此空气分子就像一颗颗微小的导弹一样高速地飞来飞去,一旦向上飞去,就会进入碰撞机会极小的区域,最后它将告别地球进入星际空间,所以外大气层被称为逃逸层。但总的说来,逸掉的大气是很少的一部分,完全可以忽略不计。这一层温度极高,但近于等温。这里的空气也处于高度电离状态。

除了以上的分层外,科学家按照大气电离状态,又将60千米以上的大气层称为电离层,电离层在远距离无线电通信方面有着很重要的作用,无线电波借助于在地面和电离层之间的多次反射而传播出去,实现了远距离的无线电通信。人们形容电离层为“一面反射电波的镜子”。

磁层是指500千米以上的大气层。在磁层里,地球磁场对大气的运动担负着决定性的作用。磁层在太阳风的作用下发生一系列变化:面向着太阳的一面被压缩了,而在背着太阳的一面形成了一个类似于彗星一样的长尾巴——磁尾。向着太阳的一端距地心约十几个地球半径,即70000千米~80000千米,它的尾长(背着太阳一端)约100个地球半径,即600多万千米。太阳风与磁层之间的边界为磁层顶,磁层顶以外即为星际空间。因此也有人认为磁层顶才是大气圈的顶。磁层虽然离地球表面很高,但对人类确实能起到保护作用。如果没有磁层,威力巨大的太阳风会把臭氧层吹掉,甚至还会把整个大气层统统吹走。

大气环流

空气的流动是由于大气环流的影响,大气环流一般是指地球大气层中具有稳定性的各种气流运行的综合表现。因为地球表面接受的太阳辐射不均匀,导致地球表面形成不同的气压带,由于各地气压高低不同所产生的气压差,于是形成空气的流动。大气环流构成全球大气运行的基本形势,它是全球气候特征和大范围天气形势的原动力。控制大气环流的基本原因是太阳辐射、地球表面的摩擦作用、海陆分布和大地形等。大气环流主要有全球规模的东西风带,三圈环流,常定分布的平均槽脊,行星尺度的高空急流,西风带的大型扰动,世界气候带的分布等形式。

什么是大气边界层

大气边界层在大气圈的最低层。其上界离地面约500米~1500米。该层受地面摩擦作用比较明显,故亦称“摩擦层”。又因该层邻近地球的表面,故又称“行星边界层”。在此层中,大气运动基本上表现出不规则的湍流状态。由于受地面的热力和动力影响,形成大气和地表各种属性的强烈交换,故边界层中气象要素的分布有不同于自由大气中气象要素分布的特殊规律。